碘化钆闪烁体的辐射探测性能与中子探测的γ抑制研究
王中庆
学位类型硕士
导师李勇平
2017
学位授予单位中国科学院研究生院(上海应用物理研究所)
关键词载gd闪烁体 中子探测 Γ抑制 Monte Carlo模拟
摘要钆(Gd)元素在已知的元素中具有最大的热中子吸收截面且其俘获中子产的次级粒子在闪烁体中的平均自由程很短,因此载Gd闪烁体在厚度很小的条件下即可获得很高的中子探测效率和空间分辨力,近年来越来越多的新型载Gd闪烁体在中子显微成像领域得到研发和利用。GdI3:Ce是一种新型的载Gd闪烁体,凭借其中子俘获截面大、发光产额高、发光衰减时间短、透光性好等优异的性能特点,近些年在中子探测与中子照相领域得到了持续的关注和研究。GdI3:Ce闪烁体具有较大的密度和有效原子序数,容易与γ射线相互作用。由于中子源周围通常含有较强的γ本底,在中子探测的过程中需采取有效措施,抑制γ射线的干扰。为研究GdI3:Ce闪烁体对中子、γ射线的探测性能,改善其在中子探测时的γ抑制能力,论文工作包括了模拟计算与实验测量两个方面。模拟计算的主要工作:(1)为了定量分析GdI3:Ce闪烁体对γ射线的探测性能,通过Monte Carlo模拟计算了其对不同能量的γ射线的线性衰减系数,并以厚度250μm的GdI3:Ce闪烁体为例,模拟计算了其对20keV-1000keV的不同能量的γ射线的能谱,计算结果表明,GdI3:Ce闪烁体对低能区的γ射线具有很高的探测效率,这容易对能量集中于80keV的中子信号造成干扰。(2)为分析GdI3:Ce晶体厚度对内转换电子的探测效果的影响,模拟计算了 6组厚度在50μm-300μm的GdI3:Ce晶体与内转换电子的相互作用过程。模拟结果表明,GdI3:Ce晶体在达到250μm厚度时已几乎能够100%地俘获入射的热中子,而内转换电子的总沉积能量也接近饱和。此时,若增加晶体厚度对提升中子探测性能的作用不大,反而会增加本底γ对中子探测的干扰。(3)提出了 GdI3:Ce闪烁体探测中子时抑制γ射线的方法,包括铅屏蔽法和薄闪烁体法,并通过模拟计算分析了铅屏蔽法的可行性。模拟结果显示,添加1-2mm厚度的铅层对热中子的散射、吸收作用不是太大,在进行中子探测或中子照相时可以通过添加合适厚度的铅屏蔽层抑制γ本底。实验测量的主要工作:(1)搭建了 GdI3:Ce闪烁体能谱测量系统,并使用137Cs和241Am两种γ源对其进行了能量刻度。(2)为评价铅屏蔽法在中子探测时的γ抑制效果,测量了GdI3:Ce闪烁体探测器添加不同厚度铅屏蔽层条件下,对252Cf源的脉冲幅度谱,并对谱数据做了处理和分析。实验结果显示,探测器正面未添加铅屏蔽层时,能谱图中无法辨识出具有高斯分布的中子能峰。当探测器正面铅屏蔽层厚度为1mm时,本底γ被大幅屏蔽,中子峰得以显现。此时继续增加铅屏蔽层厚度对减小低能Y本底的干扰帮助不大,但会使中子探测效率下降。(3)通过添加硼片吸收252Cf源热中子的方法,验证了脉冲幅度谱中的能峰为中子信号峰。
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/27558
专题中科院上海应用物理研究所2011-2018年
作者单位中国科学院上海应用物理研究所
推荐引用方式
GB/T 7714
王中庆. 碘化钆闪烁体的辐射探测性能与中子探测的γ抑制研究[D]. 中国科学院研究生院(上海应用物理研究所),2017.
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